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アルミニウム青銅の溶解は、酸化アルミの処理で決まり!

アルミニウム青銅の溶解方法

酸化アルミと返り材の処理が決め手

アルミニュームは酸化しやすい金属です。AlBC溶湯のAlは、大気中で溶解するときに酸化して酸化アルミとなります。また酸化物で汚れたるつぼを用いてAlBCを溶解したときも、Alは脱酸剤であるがために酸化物に対して脱酸反応を起し、その反面Al自らも酸化してしまいます。つまりアルミニュームが酸化アルミに変るわけで、溶解をくり返すたびに酸化アルミは増えてゆきます。

酸化アルミは、溶解のたびに増える厄介者

酸化アルミは比重が重く、且つ粘性が強いので、溶解中に発生したらるつぼの内壁や底にベットリ付着します。通常AlBCの溶解でよく見られる現象で、悩みのタネとなっているのです。

AlBCは、返り材が多くできやすい材質

AlBCの鋳造は製品歩留りが悪いので、当然返り材が多く残ります。返り材には酸化アルミやカスが多く残っているので、新地金と同時に溶解すると、融点の低い新地金や返り材の中の良い部分が先に溶け、融点の高い返り材の悪い部分はあとに残り、溶湯ができてもそれは言わば半溶け状態の湯になっています。

しかも新地金のAlが溶湯中の酸化物に反応し、新地金の湯も濁ってしまいます。従って、一般の青銅と同じ考え方でAlBCを溶解するのは誤りといえます。

AlBCの湯口やセキは、酸化アルミが多量発生

酸化アルミは、返り材の中でも湯口に最も多く残っています。元来湯アカの侵入を防止するように方案を建ててあるので、セキの手前に酸化物が残るのは当然なのです。返り材は、このように考えてくると、特に酸化物を多く含むものとそうでないものとに仕訳して使い分ける方が良いように思います。

AlBCの返り材は、再生してから使うのが基本

カスや酸化物の多い返り材や、るつぼやとりべに付着したバリ等は必ず再生して使うようにして下さい。酸化物の少ない返り材は使用しても差しつかえないのですが、AlBCは溶解を重ねる都度、機械的性質が劣化してゆきますから、その使用量は30%位にとどめる方がよいと思います。また、さして機械的強度を要求しない鋳物にふり向けることもひとつの方法でしょう。

試作はうまくいったけど、量産にかかると・・・

AlBCを鋳造したときに、試作はうまく出来たが、さて量産に移るととたんに不良が続出するということはよく起ることであります。その原因を考えると、

  • 試作のときは新地金だけで溶解しているので溶湯は清浄であった。
  • しかし量産に入ると、試作のときの返り材を使うから、酸化アルミが出来て溶湯が汚濁する。
返り材の処理を誤って、不良が発生

大抵はこれが原因です。
インゴットを使用したときにも、もしそのインゴットが再生品であれば返り材の溶解と同じような現象が起ります。AlBCの溶解は、いかに酸化アルミの発生を防止し、且つ除去するかに重点を置いて下さい。

フラックスを使って、酸化アルミを取りましょう

 《商品名アルコン.=太平鋳剤化学研究所製品》

AlBCはAlの含有量が多いので銅合金というよりも軽合金的感覚で対処した方がよいとされています。AlBCの溶解には必ずフラックスを使用して下さい。

アルコンはアルミナを分解するので、酸化アルミの除去は容易に行なわれますし、溶湯の保護つまり酸化防止にも役立ちます。
地金と同時または地金の溶落時に装入しておくと、溶落後ノロ状となって湯面をカバーします。溶湯の撹拌を開始すると湯中の酸化アルミが浮上してきてアルコンと反応し、ノロ状のものが次第に粉塊状に変化してきます。これは酸化アルミが更に酸化してカスとなり、分離された現象なのです。

使用量は、新地金の場合は地金の0.3〜0.5%を、返り材では地金の1%程度です。
アルコンは、酸化アルミの除去や溶解歩留りの向上に絶大な威力を発揮しますが、るつぼを浸蝕しますので、スラグラインのように部分的に浸蝕されたときは、るつぼと同質のコーティング材を塗って補強してください。

 フラックスの種類については、こちら 

アルミニウム青銅の溶解は、このようにします

1. 新地金を溶解する場合

新地金の溶解では、酸化アルミの量はごく少ないので、溶落時にアルコンを装入しておくと、その後ノロ状となって湯面を覆うので、酸化防止に務めながら溶解します。

アルミニウム青銅でも、よく混ぜることが大事

一般にAlBCの溶解は、酸化を防ぐために湯をさわらないで行なうというのが通説となっていますが、静止状態で溶解すると重力扁析のためにAlが浮上し、成分のバラツキを起しやすいので、やはり撹拌は欠かせません。

でもアルミが酸化しないよう、静かにまぜる

1150℃位から撹拌を行ないますが、その方法は『青銅・黄銅の溶解方法』と同じです。ただA1BCの場合は、上面のアルミの膜を破らないよう操作しなければなりません。撹拌棒は静かに湯に挿入し、上下にゆっくり回転させて撹拌します。

2. 返り材を併用する場合

返り材には必ず多量の酸化物を含んでおります。従って新地金と返り材を併用するときは、先ず返り材の精錬処理をしなければなりません。二者を同時に併せて溶解すると、新地金の清浄な溶湯を酸化物によって汚染しますから.良くないのです。

返り材だけ先に溶解・攪拌は充分に

返り材に対して1%のアルコンを地金の溶落時に装入して溶解します。
1150℃に達しましたら撹拌を開始します。この場合は新地金溶解のときとは反対に、酸化精錬をするために、撹拌は一般青銅と同じやり方で充分に撹拌しましょう。

アルコンを使って、アルミナを分解

アルコンによって上面の酸化物が粉塊状に変りましたら、一旦除滓します。除滓後に、今度はゆっくり撹拌してみて、その時に湯面に小さい火花が見られるときは、酸化物が残っている証拠ですから、もう一度0.5%のアルコンをふりかけ撹拌を続けます。ノロがいつまでもその状態が変化しなければ、これは精錬が完了した、つまり酸化物が無くなったということになります。

返り材を精錬してから、インゴットを入れる

返り材の精錬が完了したあと、新地金を装入して溶解を続けます。こうすることによって溶湯の性質は整い、よい結果が得られます。但し返り材は精製したときに酸化アルミがなくなりますが、Alの含有量は若干滅耗します。Alの滅耗量はおよそ5%位で、新地金のAlが9%ならば、  9×0.95=8.55%

減ったアルミは、母合金・単体で補給

というように減りますが、正確な滅耗量を知るには、製品分析をすることによって減耗量を算出することが必要です。Alの不足分は50%Cu−50%Alまたは30%Cu−70%Al母合金で追加するのがよい方法です。アルミニウム単体で追加する場合は、その前に上面のカスをきれいに取り除いた後で入れてください。酸化物が残っているとアルミナが発生しやすくなります。

  • 好ましいことではありませんが、やむを得ず新地金と返り材を同時に溶解するときも返り材の精錬に準じて行なって下さい。
  • 再生インゴットを溶解したときに、酸化物が多いと判断されるときも、返り材の溶解に準じて下さい。
  • なお、返り材を溶解したときも、除滓までは精錬のための溶解を行なうわけですが、除滓後の攪拌は静かにゆっくり行なって、あらたな溶湯の酸化が起らないようにして下さい。

テストピースの採り方

溶湯の良否を判定するには、溶湯は第1回の除滓をしたあと1250℃まで昇温します。ここで、もう一度充分に静かに撹拌して浮上したカスはきれいに除去してからテストピースを採取します。その方法は一般青銅と同じです。

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